备战2020高考物理3年高考2年模拟1年原创专题5.6卫星运动物理量的比较（含解析）.docx

专题5.6 卫星运动物理量的比较【考纲解读与考频分析】卫星运动的物理量比较是高考考查万有引力定律的应用的重要角度，高考命题频率较高。【高频考点定位】： 卫星运动的物理量比较考点一：卫星运动的物理量比较【3年真题链接】1（2019海南物理4）2019年5月，我国第45颗北斗卫星发射成功。已知该卫星轨道距地面的高度约为36000km，是“天宫二号”空间实验室轨道高度的90倍左右，则（ ）A. 该卫星的速率比“天宫二号”的大 B. 该卫星的周期比“天宫二号”的大C. 该卫星的角速度比“天宫二号”的大 D. 该卫星的向心加速度比“天宫二号”的大【参考答案】B【名师解析】由G=m，解得v=，由此可知第45颗北斗卫星的速率比“天宫二号”的小，选项A错误；由G=mr（）2，解得T=2，由此可知第45颗北斗卫星的周期比“天宫二号”的大，选项B正确；由G=m2r，解得=，由此可知第45颗北斗卫星的角速度比“天宫二号”的小，选项C错误；由G=ma，解得a=，由此可知第45颗北斗卫星的加速度比“天宫二号”的小，选项D错误。2.（2019年4月浙江选考）某颗北斗导航卫星属于地球静止轨道卫星（即卫星相对于地面静止）。则此卫星的（ ）A. 线速度大于第一宇宙速度 B. 周期小于同步卫星的周期C. 角速度大于月球绕地球运行的角速度 D. 向心加速度大于地面的重力加速度【参考答案】C【名师解析】第一宇宙速度是所有绕地球运行的卫星的最大速度，则此卫星的线速度小于第一宇宙速度，选项A错误；卫星属于地球静止轨道卫星，即为地球的同步卫星，选项B错误；根据可知，因此卫星做圆周运动的半径远小于月球绕地球做圆周运动的半径，可知角速度大于月球绕地球运行的角速度，选项C正确；根据可知，向心加速度小于地面的重力加速度，选项D错误；故选C.3.（2018海南高考物理）土星与太阳的距离是火星与太阳距离的6倍多。由此信息可知（ ）A.土星的质量比火星的小 B.土星运行的速率比火星的小C.土星运行的周期比火星的小 D.土星运行的角速度大小比火星的大【参考答案】B【命题意图】此题考查万有引力定律、天体的运动及其相关的知识点。【解题思路】根据题述，土星与太阳的距离是火星与太阳距离的6倍多，即土星围绕太阳做匀速圆周运动的半径是火星围绕太阳做匀速圆周运动轨道半径的6倍多，根据万有引力等于向心力，G=m可知，轨道半径越大，运行速率越小，即土星运行的速率比火星的小，选项B正确；根据万有引力等于向心力，G=mr2可知，轨道半径越大，周期越大，即土星运行的周期比火星的大，选项C错误；根据万有引力等于向心力，G=mr2可知，轨道半径越大，角速度越小，即土星运行的角速度大小比火星的小，选项D错误。根据题述信息，不能得出土星的质量比火星质量的关系，选项A错误。4.（2018高考全国理综III）为了探测引力波，“天琴计划”预计发射地球卫星P，其轨道半径约为地球半径的16倍；另一地球卫星Q的轨道半径约为地球半径的4倍。P与Q的周期之比约为（ ）A2:1 B4:1 C8:1 D16:1【参考答案】C【命题意图】本题考查卫星的运动、开普勒定律及其相关的知识点。【解题思路】设地球半径为R，根据题述，地球卫星P的轨道半径为RP=16R，地球卫星Q的轨道半径为RQ=4R，根据开普勒定律，=64，所以P与Q的周期之比为TPTQ=81，选项C正确。【易错警示】解答此题常见错误是：把题述的卫星轨道半径误认为是卫星距离地面的高度，陷入误区。5（2019高考江苏卷物理4）1970年成功发射的“东方红一号”是我国第一颗人造地球卫星，该卫星至今仍沿椭圆轨道绕地球运动如图所示，设卫星在近地点、远地点的速度分别为v1、v2，近地点到地心的距离为r，地球质量为M，引力常量为G则（ ）（A） （B） （C） （D）【参考答案】B【名师解析】 “东方红一号”从近地点到远地点万有引力做负功，动能减小，所以，过近地点圆周运动的速度为 ，由于“东方红一号”在椭圆上运动，所以，故选项B正确。6（2019高考北京理综卷18）2019年5月17日，我国成功发射第45颗北斗导航卫星，该卫星属于地球静止轨道卫星（同步卫星）。该卫星（ ）A入轨后可以位于北京正上方 B入轨后的速度大于第一宇宙速度C发射速度大于第二宇宙速度 D若发射到近地圆轨道所需能量较少【参考答案】D【名师解析】由同步卫星的特点和卫星发射到越高的轨道所需的能量越大解答。由于卫星为同步卫星，所以入轨后一定只能与赤道在同一平面内，故A错误；由于第一宇宙速度为卫星绕地球运行的最大速度，所以卫星入轨后的速度一定小于第一宇宙速度，故B错误；由于第二宇宙速度为卫星脱离地球引力的最小发射速度，所以卫星的发射速度一定小于第二宇宙速度，故C错误；将卫星发射到越高的轨道克服引力所作的功越大，所以发射到近地圆轨道所需能量较小，故D正确。7（2019全国理综III卷15）金星、地球和火星绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动，它们的向心加速度大小分别为a金、a地、a火，它们沿轨道运行的速率分别为v金、v地、v火。已知它们的轨道半径R金R地a地a火 Ba火a地a金 Cv地v火v金 Dv火v地v金 【参考答案】A【名师解析】由G=ma，解得a=, 已知它们的轨道半径R金R地a地a火，选项A正确B错误；由G=m，解得v=, 已知它们的轨道半径R金R地R火，由此可以判定v火v地TB （B）EkAEkB （C）SA=SB （D）【参考答案】D【名师解析】由G=mR()2，解得T=2.由此可知，TATB，选项A正确。由G=m，Ek =mv2，解得：Ek =，由此可知，EkAR,，其“人造月亮”的线速度小于第一宇宙速度，选项A错误；由G=mr2可得=。由于“人造月亮”绕地球运动的轨道半径r远小于月球绕地球运动的轨道半径，所以“人造月亮”的角速度大于月球绕地球运行的角速度，选项B正确；由G=ma和G=mg可知，“人造月亮”的向心加速度小于地球表面的重力加速度，选项C错误；由G=mr()2可得T=2。由于“人造月亮”绕地球运动的轨道半径r远小于月球绕地球运动的轨道半径，所以“人造月亮”绕地球运动的周期小于月球绕地球运行的周期，选项D错误。【名师点评】本题以即将发射的“人造月亮”为情景，意在考查灵活运用万有引力提供向心力分析解决问题的能力。解答卫星相关问题时，若涉及线速度，其向心力可用公式F= m；若涉及角速度，其向心力可用公式F= mr2；若涉及周期，其向心力可用公式F= mr()2。2.（2019成都三模） 2019年初，流浪地球的热映激起了人们对天体运动的广泛关注。木星的质量是地球的317. 89倍，已知木星的一颗卫星甲的轨道半径和地球的卫星乙的轨道半径相同，且它们均做匀速圆周运动，则下列说法正确的是（ ）A卫星甲的周期可能大于卫星乙的周期B卫星甲的线速度可能小于卫星乙的线速度C卫星甲的向心加速度一定大于卫星乙的向心加速度D卫星甲所受的万有引力一定大于卫星乙所受的万有引力【参考答案】C【命题意图】本题以热播电影流浪地球切入，考查考查万有引力定律、牛顿运动定律、匀速圆周运动和向心力公式及其相关知识点。【解题思路】由G=mr（）2可得：T=2，由于木星质量M大于地球质量，所以木星的卫星甲的周期小于地球卫星乙的周期，选项A错误；由G=m）2可得：v=，由于木星质量M大于地球质量，所以木星的卫星甲的线速度小于地球卫星乙的线速度，选项B错误；由G=ma解得：a= G，由于木星质量M大于地球质量，所以木星的卫星甲的向心加速度大于地球卫星乙的向心加速度，选项C正确；由于题述没有给出两颗卫星质量的关系，不能确定两颗卫星所受万有引力的关系，选项D错误。【方法归纳】对于卫星围绕天体运动问题，一般采用万有引力提供向心力列方程解答。比较两个天体的相关物理量，采用比值法解答简便。3. (2019银川市高三联考)我国首颗量子科学实验卫星于2016年8月16日1点40分成功发射。量子卫星成功运行后，我国在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信，构建天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。假设量子卫星轨道在赤道平面，如图所示。已知量子卫星的轨道半径是地球半径的m倍，同步卫星的轨道半径是地球半径的n倍，图中P点是地球赤道上一点，由此可知()A.同步卫星与量子卫星的运行周期之比为 B.同步卫星与P点的速度之比为C.量子卫星与同步卫星的速度之比为 D.量子卫星与P点的速度之比为【参考答案】D【名师解析】由开普勒第三定律可知，可知同步卫星与量子卫星的运行周期之比为，选项A错误；由于同步卫星的周期与地球自转周期相同，由vrr可得同步卫星与P点的速度之比为v同vPn1，选项B错误；由Gm解得v，量子卫星与同步卫星的速度之比为，选项C错误；量子卫星与P点的速度之比为，选项D正确。4.（2019沈阳东北育才学校模拟8）某人造地球卫星绕地球的运动轨迹为椭圆，地球位于椭圆的一个焦点上，已知卫星在近地点的速率为v1、加速度大小为a1、到地心距离为r1，卫星在远地点的速率为v2、加速度大小为a2、到地心距离为r2则（）A. a1a2 B. a1r1v12C. .a2r2v22 D. v1r1=v2r2【参考答案】CD【名师解析】卫星在运行过程中，只受万有引力作用，由牛顿第二定律有，可得加速度，由于r1r2，故a1a2，故A错误；若卫星从近地点开始做匀速圆周运动，相当于做向心运动，则轨道半径为r1，线速度小于v1，所以有，同理若卫星从远地点开始做匀速圆周运动，则相当于做离心运动，线速度大于v2，同理有，故B错误，C正确；D在近地点与远地点选一相同的、很短的时间间隔t，则根据开普勒第二定律有，可得v1r1=v2r2，故D正确。【关键点拨】。卫星绕地球运动在近地点和远地点万有引力与向心力不等，根据万有引力的大小，通过牛顿第二定律得出结论；卫星在近地点做离心运动，需要的向心力大于提供的力，卫星在远地点做向心运动，需要的向心力小于提供的力；根据开普勒第二定律分析D选项。解决本题的关键知道在近地点和远地点万有引力不等于向心力，不能根据万有引力提供向心力求出，要根据轨道变换的原理进行分析；掌握开普勒第二定律的应用。预测考点一：卫星运动的物理量比较【2年模拟再现】1（2019洛阳联考）如图所示是在同一轨道平面上的三颗不同的人造地球卫星，关于各物理量的关系，下列说法正确的是()A线速度vAvBFBFCC角速度：ABCD向心加速度aAaBaC 【参考答案】C【名师解析】因为卫星的质量大小关系不知，所以卫星的万有引力大小关系无法判断，B错误；卫星绕地球做圆周运动，有Gmmr2ma向，得v ，a向，由于rArBvBvC，ABC，aAaBaC，故A、D错误，C正确2(2019天津六校联考)如图所示，a、b、c是在地球大气层外圆形轨道上运动的3颗卫星，下列说法正确的是()Ab、c的线速度大小相等，且大于a的线速度Bb、c的向心加速度大小相等，且小于a的向心加速度Cc加速可追上同一轨道上的b，b减速可等候同一轨道上的cDa卫星由于某种原因，轨道半径缓慢减小，则其机械能逐渐增大【参考答案】B【名师解析】卫星绕地球做圆周运动，万有引力提供向心力Gm，得v ，b、c的轨道半径相等，故b、c的线速度大小相等但小于a的线速度，A错误根据万有引力提供向心力Gma，得a，由此可知，轨道半径越小，加速度越大，故a的向心加速度大于b、c的向心加速度，B正确c加速，万有引力不够提供向心力，做离心运动，离开原轨道，所以不会与同轨道上的卫星相遇，C错误卫星由于某种原因，轨道半径缓慢减小，万有引力以外的力做负功，机械能减小，D错误3(2019湖南邵阳月考)两颗人造卫星绕地球逆时针运动，卫星1、卫星2分别沿圆轨道、椭圆轨道运动，圆的半径与椭圆的半长轴相等，两轨道相交于A、B两点，某时刻两卫星与地球在同一直线上，如图所示，下列说法中正确的是()A两卫星在图示位置的速度v2v1 B两卫星在A处的加速度大小相等C两颗卫星在A或B点处可能相遇 D两卫星永远不可能相遇【参考答案】BD【名师解析】v2为椭圆轨道的远地点速度，速度最小，v1表示做匀速圆周运动的速度，v1v2，故A错误；两个轨道上的卫星运动到A点时，所受的万有引力产生加速度aGM/r2，加速度相同故B正确；椭圆的半长轴与圆轨道的半径相同，根据开普勒第三定律知，两颗卫星的运动周期相等，则不会相遇，故D正确，C错误4.(2018山东微山一中期末)(多选)如图所示，a、b、c是地球大气层外圆形轨道上运行的三颗人造地球卫星，a、b质量相同，且小于c的质量，则()A.b所需向心力最大 B.b、c周期相等，且大于a的周期C.b、c向心加速度相等，且大于a的向心加速度 D.b、c的线速度大小相等，且小于a的线速度【参考答案】BD【名师解析】根据FG，可知c所需的向心力大于b所需的向心力，选项A错误；由Gmammr()2，可得a，v，T，可知b、c周期相等，且大于a的周期，选项B正确；b、c加速度相等，且小于a的加速度，选项C错误；b、c的线速度大小相等，且小于a的线速度，选项D正确。【1年仿真原创】1.如图所示，两质量相等的卫星A、B绕地球做匀速圆